Name: development of whispering gallery mode polymeric micro-optical electric field sensors
Uploaded: 2013-01-29T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Development of Whispering Gallery Mode Polymeric Micro-optical Electric Field Sensors at JoVE.com

Denne forskningen er sponset av det amerikanske Defense Advanced Research Projects Agency henhold Centers i integrert optikk Engineering Research (siffer) program med Dr. J. Scott Rodgers som prosjektleder. Informasjonen som er gitt i denne rapporten gjenspeiler ikke nødvendigvis posisjonen eller politikk den amerikanske regjeringen, og ingen offisiell anbefaling skal kunne utledes.

1. PDMS Mikrosfæreblandingen Forberedelse (Sphere I) <ol><li> Polydimetylsiloksan (PDMS) base og herdemidlet blandes med et volumforhold på 60:1. </li><li> En tråd av silisiumdioksyd optisk fiber, ca 2 cm lang, er først strippet for sin plast kledning ved hjelp av en optisk stripper. </li><li> En ende av fiberen er oppvarmet og strukket for å gi en spindelende som er ~ 25-50 pm i diameter ved spissen. </li><li> Det strukkede enden av fiberen er neddykket i PDMS blandingen ved en lengde på ca 2-4 mm, og deretter ...

<ol>
	<li>von Klitzing, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tunable+whispering+gallery+modes+for+spectroscopy+and+CQED+experiments.">Tunable whispering gallery modes for spectroscopy and CQED experiments.</a> New journal of physics. 3, 14.1-14.14 (2001).</li><li>Cai, M., Painter, O., Vahala, K. J., Sercel, P. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fiber-coupled+microsphere+laser.">Fiber-coupled microsphere laser.</a> Optics letters. 25 (19), 1430-1432 (2000).</li><li>Tapalian, H. C., Laine, J. P., Lane, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermooptical+switches+using+coated+microsphere+resonators.">Thermooptical switches using coated microsphere resonators.</a> IEEE photonics technology letters. 14 (8), 1118-1120 (2002).</li><li>Little, B. E., Chu, S. T., Haus, H. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microring+resonator+channel+dropping+filters.">Microring resonator channel dropping filters.</a> Journal of lightwave technology. 15, 998-1000 (1997).</li><li>Offrein, B. J., Germann, R., Horst, F., Salemink, H. W. M., Beyerl, R., Bona, G. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Resonant+coupler-based+tunable+add-after-drop+filter+in+silicon-oxynitride+technology+for+WDM+networks.">Resonant coupler-based tunable add-after-drop filter in silicon-oxynitride technology for WDM networks.</a> IEEE journal of selected topics in quantum electronics. 5, 1400-1406 (1999).</li><li>Ilchenko, V. S., Volikov, P. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Strain+tunable+high-Q+optical+microsphere+resonator.">Strain tunable high-Q optical microsphere resonator.</a> Optics communications. 145, 86-90 (1998).</li><li>Arnold, S., Khoshsima, M., Teraoka, I., Holler, S., Vollmer, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Shift+of+whispering-gallery+modes+in+microspheres+by+protein+adsorption.">Shift of whispering-gallery modes in microspheres by protein adsorption.</a> Optics. 28 (4), 272-274 (2003).</li><li>Rosenberger, A. T., Rezac, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Whispering-gallery+mode+evanescent-wave+microsensor+for+trace-gas+detection.">Whispering-gallery mode evanescent-wave microsensor for trace-gas detection.</a> Proceedings of SPIE. 4265, 102-112 (2001).</li><li>Ioppolo, T., Das, N., &#214;t&#252;gen, M. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Whispering+gallery+modes+of+microspheres+in+the+presence+of+a+changing+surrounding+medium:+A+new+ray-tracing+analysis+and+sensor+experiment.">Whispering gallery modes of microspheres in the presence of a changing surrounding medium: A new ray-tracing analysis and sensor experiment.</a> Journal of applied physics. 107, 103105 (2010).</li><li>Ioppolo, T., Ayaz, U. K., &#214;t&#252;gen, M. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-resolution+force+sensor+based+on+morphology+dependent+optical+resonances+of+polymeric+spheres.">High-resolution force sensor based on morphology dependent optical resonances of polymeric spheres.</a> Journal of applied physics. 105 (1), 013535 (2009).</li><li>Ioppolo, T., Kozhevnikov, M., Stepaniuk, V., &#214;t&#252;gen, M. V., Sheverev, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micro-optical+force+sensor+concept+based+on+whispering+gallery+mode+resonances.">Micro-optical force sensor concept based on whispering gallery mode resonances.</a> Applied optics. 47 (16), 3009-3014 (2008).</li><li>Ioppolo, T., &#214;t&#252;gen, M. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pressure+tuning+of+whispering+gallery+mode+resonators.">Pressure tuning of whispering gallery mode resonators.</a> Journal of optical society of America B. 24 (10), 2721-2726 (2007).</li><li>Ioppolo, T., &#214;t&#252;gen, M. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+acceleration+on+the+morphology+dependent+optical+resonances+of+spherical+resonators.">Effect of acceleration on the morphology dependent optical resonances of spherical resonators.</a> Journal of optical society of America B. 28, 225-227 (2011).</li><li>Ayaz, U. K., Ioppolo, T., &#214;t&#252;gen, M. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Wall+shear+stress+sensor+based+on+the+optical+resonances+of+dielectric+microspheres.">Wall shear stress sensor based on the optical resonances of dielectric microspheres.</a> Measurement science and technology. 22, 075203 (2011).</li><li>Ioppolo, T., Ayaz, U. K., &#214;t&#252;gen, M. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tuning+of+whispering+gallery+modes+of+spherical+resonators+using+an+external+electric+field.">Tuning of whispering gallery modes of spherical resonators using an external electric field.</a> Optics express. 17 (19), 16465-16479 (2009).</li><li>Ioppolo, T., Stubblefield, J., &#214;t&#252;gen, M. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electric+field-induced+deformation+of+polydimethylsiloxane+polymers.">Electric field-induced deformation of polydimethylsiloxane polymers.</a> Journal of applied physics. 112, 044906 (2012).</li><li>Manzo, M., Ioppolo, T., Ayaz, U. K., LaPenna, V., &#214;t&#252;gen, M. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+photonic+wall+pressure+sensor+for+fluid+mechanics+applications.">A photonic wall pressure sensor for fluid mechanics applications.</a> Review of scientific instrumentation. 83, 105003 (2012).</li></ol>

Kulene er i utgangspunktet poled ved å koble elektrodene til en DC høy spenningsforsyning. På slutten av poling varighet, elektrodeavledningene koblet fra likespenningsforsyning og koblet til en funksjonsgenerator som vist på figur 4. Resultatene presentert i figurene 5 til 8 viser at positive og negative elektriske felt (i forhold til retningen av poling) fører til sfæren tøyelighet og komprimering, henholdsvis. Sfære I, som er et enkelt lag 60:1 PDMS har et el...

<table border="1"><tbody><tr><td></td><td> Selskapet </td><td> Katalognummer </td><td> Kommentarer (valgfritt) </td></tr><tr><td> PDMS </td><td> Dow Corning </td><td> Sylgard 184 </td><td></td></tr><tr><td> Silica fiber </td><td> Fiber Instrument Sales </td><td> E-37AP15-FIS </td><td></td></tr><tr><td> Barium titanate (BaTiO 3) nanopartikler </td><td> Sigma Aldrich </td><td> 467634-100G </td><td></td></tr><tr><td> Laser Controller </td><td> ILX Lightwave </td><td> MUL-3724B </td><td></td></tr><tr><td> DFB Laser </td><td> Agere </td><td> Agere 2300 </td><td> 1.310 mikrometer sentral bølgelengde </td></tr><tr><td> Fotodiode </td><td> Thorlabs </td><td> PDA10CS </td><td></td></tr><tr><td> A / D-kort </td><td> National Instruments </td><td> PXI 6115 </td><td></td>
 </tr>
 </tbody>
</table>

development of whispering gallery mode polymeric micro-optical electric field sensors

Optiske moduser dielektriske mikro-hulrom har fått betydelig oppmerksomhet de siste årene for deres potensial i et bredt spekter av applikasjoner. De optiske moduser er ofte referert til som &quot;Whispering Gallery moduser&quot; (WGM) eller &quot;morfologi avhengige resonanser&quot; (MDR) og viser høy optisk kvalitet faktorer. Noen forslag til anvendelse av mikro-hulrom optiske resonatorer er i en spektroskopi, mikro-hulrom laserteknologi 2, optisk 3-6 kommunikasjon samt sensorteknologi. De WGM-baserte sensor programmer inkludere disse i 7 biologi, spor gassdeteksjon 8, og urenhet deteksjon i væsker 9. Mekaniske sensorer basert på mikrosfære resonatorer har også blitt foreslått, inkludert de for 10,11 kraft, trykk 12, 13 akselerasjon og vegg skjær 14 stress. I dag viser vi en WGM-baserte elektriske feltet sensor, som bygger på vår forrige studies 15,16. En kandidat anvendelsen av denne sensoren er i deteksjon av neuronal aksjonspotensial. Det elektriske felt sensoren er basert på polymert flerlags dielektrikum mikrokuler. Den eksterne elektriske feltet induserer overflate og kroppen styrker på sfærene (electrostriction effekt) fører til elastisk deformasjon. Denne endringen i morfologi av kulene, fører til skift i WGM. Det elektriske felt-indusert WGM skift avhørt av spennende de optiske moduser kulene ved laserlys. Lys fra en distribuert tilbakemelding (DFB) laser (nominell bølgelengde på ~ 1,3 um) er side-koplet i mikrosfærene med en konisk del av en enkelt-modus optisk fiber. Basismaterialet av sfærene er polydimetylsiloksan (PDMS). Tre mikrosfære geometrier brukes: (1) PDMS kule med en 60:1 volumetrisk forhold av base-til-herdemiddel blandingen, (2) flerlags sfære med 60:1 PDMS kjerne, for å øke den dielektriske konstant av the sfære, et midlere sjikt av 60:1 PDMS som er blandet med varierende mengder (2% til 10% etter volum) av barium titanate og et ytre lag av 60:1 PDMS og (3) fast silika sphere belagt med et tynt lag av uherdet PDMS base. I hver type av sensor, er laserlys fra den koniske fiberen koplet inn i den ytterste laget som gir høy optisk kvalitetsfaktor WGM (Q ~ 10 6). Mikrosfærene er staket i flere timer ved elektriske felt av ~ 1 MV / m for å øke deres følsomhet for elektrisk felt.

En optisk modus (WGM) av kulen er spent ved laserlys når optisk veilengde reist av lyset er et multiplum heltall av laser bølgelengde. For arrangementet vist i figur 3, er den optiske veilengde 2πrn, hvor n og r er brytningsindeksen og radius av kulen, henholdsvis. Bruke geometriske optikk tilnærming, er en WGM tilstand fornøyd når 2πrn = lλ der l er et heltall og λ er laser bølgelengde. Som DFB laser er innstilt på tvers av en li...

Watch this Scientific Journal Video about Development of Whispering Gallery Mode Polymeric Micro-optical Electric Field Sensors at JoVE.com

Development of Whispering Gallery Mode Polymeric Micro-optical Electric Field Sensors

En høy følsomhet fotoniske mikro sensor ble utviklet for elektrisk felt deteksjon. Sensoren utnytter optiske modi av et dielektrisk sfære. Endringer i det ytre elektriske feltet forurolige sfæren morfologi fører til endringer i sin optiske moduser. Den elektriske feltstyrke er målt ved å overvåke disse optiske skift.

Utvikling av Whispering Gallery Mode Polymer Micro-optiske elektriske feltet Sensorer

Optical modes of dielectric micro-cavities have received significant attention in recent years for their potential in a broad range of applications. The ...

Research

JoVE Journal

Engineering

Microwave Photonics Systems Based on Whispering-gallery-mode Resonators

Mikrobølgeovn Photonics Systems Basert på Whispering-gallery-mode Resonators

Microwave photonics systems rely fundamentally on the interaction between microwave and optical signals. These systems are extremely promising for various ...

Real-Time DC-dynamic Biasing Method for Switching Time Improvement in Severely Underdamped Fringing-field Electrostatic MEMS Actuators

Real-Time DC-dynamisk Biasing metoden for veksling Tid Bedring i Alvorlig Underdamped Fringing-feltet Elektro MEMS Aktuatorer

Mechanically underdamped electrostatic fringing-field MEMS actuators are well known for their fast switching operation in response to a unit step input ...

Characterization of Anisotropic Leaky Mode Modulators for Holovideo

Karakterisering av Anisotrop Leaky Mode Modulatorer for Holovideo

Holovideo displays are based on light-bending spatial light modulators.  One such spatial light modulator is the anisotropic leaky mode modulator.  This ...

Stimulated Stokes and Antistokes Raman Scattering in Microspherical Whispering Gallery Mode Resonators

Stimulert Stokes og Antistokes Raman spredning i mikrosfærisk Whispering Gallery Mode resonatorer

Dielectric microspheres can confine light and sound for a length of time through high quality factor whispering gallery modes (WGM). Glass microspheres ...

Fiber Optic Distributed Sensors for High-resolution Temperature Field Mapping

Fiberoptiske distribuerte sensorer med høy oppløsning Temperatur felttilordning

The reliability of computational fluid dynamics (CFD) codes is checked by comparing simulations with experimental data. A typical data set consists ...

Nanostructured Ag-zeolite Composites as Luminescence-based Humidity Sensors

Nanostrukturerte Ag-zeolitt Composites som Luminescence-baserte Fuktighet sensorer

Small silver clusters confined inside zeolite matrices have recently emerged as a novel type of highly luminescent materials. Their emission has high ...

Electric-field Control of Electronic States in WS2 Nanodevices by Electrolyte Gating

Electric-field Control of Electronic States in WS2 Nanodevices by Electrolyte Gating

Elektrisk-kontroll av elektroniske stater i WS2 Nanodevices av elektrolytt Gating

A method of carrier number control by electrolyte gating is demonstrated. We have obtained WS2 thin flakes with atomically flat surface via scotch tape ...

Ultrasonic Fatigue Testing in the Tension-Compression Mode

Ultralyd tretthet Testing i spenning-komprimering modus

Ultrasonic fatigue testing is one of a few methods which allow investigating fatigue properties in the ultra-high cycle region. The method is based on ...

Radio Frequency Magnetron Sputtering of GdBa2Cu3O7&#8722;&#948;/ La0.67Sr0.33MnO3 Quasi-bilayer Films on SrTiO3 (STO) Single-crystal Substrates

Radio Frequency Magnetron Sputtering of GdBa2Cu3O7ÃƒÆ’Ã‚Â¢Ãƒâ€¹Ã¢â‚¬Â 'ÃƒÆ’Ã…Â½Ãƒâ€šÃ‚Â´/ La0.67Sr0.33MnO3 Quasi-bilayer Films on SrTiO3 STO Single-crystal Substrates

Radiofrekvens Magnetron Sputtering av GdBa2Cu3O7−ses/ La0,67Sr0,33MnO3 kvasi bilayer filmer på SrTiO3 (STO) én-krystall underlag

Here, we demonstrate a method of coating ferromagnetic La0.67Sr0.33MnO3 (LSMO) nanoparticles on (001) SrTiO3 (STO) single-crystal substrates by radio ...

Hybrid Printing for the Fabrication of Smart Sensors

Hybrid utskrift for fabrikasjon av smarte sensorer

A method to combine additively manufactured substrates or foils and multilayer inkjet printing for the fabrication of sensor devices is presented. First, ...